Водонефтяные эмульсии
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
мульсий типа В/Н).
У нефтяных эмульсий, как и у парафинистых нефтей, не подчиняющихся закону Ньютона, вязкость изменяется в зависимости от градиента скорости. В этом случае называют кажущейся вязкостью.
Основной причиной аномалии вязкости эмульсий является деформация диспергированных частиц, возникающая в процессе увеличения напряжения сдвига. С возрастанием приложенной силы капли эмульгированной жидкости удлиняются, превращаясь из шариков в эллипсоиды, что затрудняет течение и приводит к повышению кажущейся вязкости эмульсии.
Над изучением вязкости дисперсных систем и, в частности, эмульсий работали многие исследователи, которые предложили несколько уравнений для расчета вязкости систем с различным содержанием диспергированного вещества.
А. Эйнштейн предложил следующую формулу:
где -цязкость эмульсии; - вязкость дисперсионной среды (нефти); - коэффициент обводненности - отношение объема дисперсной фазы (воды) к общему объему системы (воды + нефти). Формула справедлива только при низких концентрациях диспергированного вещества (воды).
При выводе формулы предполагалось, что диспергированные частицы имеют вид упругих шариков, диаметр которых мал по сравнению с расстоянием между ними.
Позднее была установлена возможность использования формулы Эйнштейна при обводненности нефти до 15%. Тейлор предложил следующую формулу
где вязкость эмульсии; - вязкость внутренней фазы; - вязкость внешней фазы. Но и она не позволяет достаточно точно определять вязкость эмульсий.
Одной из таких более универсальных формул является формула Монсона, полученная на калифорнийских нефтях:
Однако она применима, как указывает сам автор, для эмульсий, в которых < 0,5
В формуле не учитывается влияние размеров капель воды на величину вязкости эмульсии, что противоречит выводам, сделанным П.А. Ребиндером.
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ГЛОБУЛ ВОДЫ НА ВЯЗКОСТЬ ЭМУЛЬСИЙ
Уменьшение размера частиц при одинаковой концентрации дисперсной фазы приводит к увеличению вязкости системы. Связь эта нелинейна и ослабевает по мере увеличения размера частиц. Установлено, что при диаметрах частиц более 100 мкм влияние их размера на вязкость системы становится пренебрежимо малым и оно становится весьма ощутимым, когда размер капель достигает 10 и менее мкм.
27
Опираясь на исследования и др. автором в была предложена формула и графики, учитывающие влияние на вязкость дегазированных эмульсий размеров глобул воды при различной обводненности.
Из графика видно, что влияние дисперсности на увеличение вязкости эмульсии весьма существенна при небольших размерах капель, но оно быстро ослабевает при увеличении их размеров до 120-160 мкм.
Зависимость :
1, 2, 3 - соответственно при равном 0,2; 0,3; 0,4; 4 - экспериментальные данные Б.А. Соломыкова при (-0,3; - содержание воды в нефти в долях единицы; а - размер глобул, мкм.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ ДЕГАЗИРОВАННЫХ ЭМУЛЬСИЙ
При составлении проектов разработки и обустройства нефтяных месторождений необходимо располагать данными о вязкости разгазированных водонефтяных эмульсий при различной температуре в широком диапазоне обводненности (10-60 %). Однако таких данных, как правило, не хватает в связи с неразбуренностью месторождения и небольшим числом скважин, прошедших стадию пробной эксплуатации. Поэтому проблема прогнозирования вязкости водонефтяных эмульсий по ограниченному объему материалов и небольшому числу параметров всегда весьма актуальна. Наиболее часто известными параметрами оказываются вязкость безводной нефти по нескольким скважинам и заданные значения обводненности и температуры.
Особенно важно располагать прогнозными данными по месторождениям и залежам тяжелых нефтей плотностью 900-930 кг/м3, объем добычи которых постоянно возрастает. Как отмечалось, на вязкость эмульсии существенно влияет степень дисперсности глобул
воды. При проектировании принимают максимальные значения вязкости эмульсий, соответствующие размерам глобул воды в нефти в
промысловых условиях порядка 3-10 мк.
Для приготовления искусственных эмульсий безводные нефти скв. 1, 2, 3 плотностью соответственно 910, 913 и 930 кг/м3 и вязкостью 74, 90, 144 мПа-с при температуре 20С использовалась лабораторная четырехлопастная мешалка и соленая пластовая вода плотностью 1,17 кг/м3 обеспечивающая дробление капель пластовой воды до размера 3-10 мк. Стабильность приготовленных эмульсий проверяли путем статического отстоя при температуре 20-22С в течение 120 мин. Они считались стабильными, если количество выделившейся свободной воды не превышало 0,5% ее исходного содержания.
Вязкость безводных нефтей и искусственных эмульсий определяли на ротационном вискозиметре типа ФАНН, где их выдерживали при заданной температуре в течение 10 мин. Показания снимали после включения ротора при частотах вращения п, равных 600, 300, 200 и 100 мин"1. Так как способы эксплуатации скважин, количество извлекаемой жидкости и обводненность нефти в процессе разработки месторождений постоянно изменяются, что влияет на скорость движения жидкости и степень дисперсности эмульсий, пропускную способность трубопроводов обычно рассчитывают по усредненным значениям вязкости эмульсий в диапазоне градиентов скоростей 0,2-1,2 м/с. Усредненный расчетный градиент скорости был принят равным
0,56м/с.
Кажущуюся динамическую вязкость нефти и эмульсий определяли по формуле
=SФfc